JP7211174B2 - Exhaust pipe structure and vehicle - Google Patents
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Description
本開示は、排気管構造および車両に関する。 The present disclosure relates to exhaust pipe structures and vehicles.
車両(例えば、トラックやバス等)に搭載される内燃機関(例えば、ディーゼルエンジン)において燃料の燃焼により生じた排気ガスを大気中(車外)に導く排気管の途中には、排気ガス中のNOxを浄化する後処理装置(排気ガス浄化システム)や、排気ガスの状態・成分を検出する各種センサー(温度センサー、NOx濃度センサー等)が設けられる。 In an internal combustion engine (e.g., diesel engine) mounted on a vehicle (e.g., truck, bus, etc.), in the middle of the exhaust pipe that guides the exhaust gas generated by combustion of fuel to the atmosphere (outside the vehicle), NOx in the exhaust gas and various sensors (temperature sensor, NOx concentration sensor, etc.) for detecting the state and composition of the exhaust gas.
後処理装置としては、尿素水等を還元剤として用いてNOxを窒素と水に還元する選択触媒還元(SCR:Selective Catalytic Reduction)装置が開発されている(例えば、特許文献1を参照)。 As a post-treatment device, a selective catalytic reduction (SCR) device that reduces NOx to nitrogen and water using urea water or the like as a reducing agent has been developed (see, for example, Patent Document 1).
排気ガスの流れ方向における後処理装置の下流側においては、排気管が水平方向に延ばして設けられ、当該排気管内には例えばNOxセンサーが設けられる。 On the downstream side of the aftertreatment device in the exhaust gas flow direction, an exhaust pipe is provided extending in the horizontal direction, and a NOx sensor, for example, is provided in the exhaust pipe.
ところで、水深の深い水溜まりや川へ車両が進入すると、排気管の下流側開口部から当該排気管内に例えば水(液体)が流入してしまう場合がある。この場合、排気管内のセンサーや排気管の上流側に設けられる後処理装置が被水して、当該センサーや後処理装置の触媒が故障してしまうおそれがあるという問題があった。 By the way, when a vehicle enters a deep puddle or river, water (liquid), for example, may flow into the exhaust pipe from the downstream opening of the exhaust pipe. In this case, there is a problem that the sensors in the exhaust pipe and the post-treatment device provided upstream of the exhaust pipe are exposed to water, and the sensors and catalysts of the post-treatment device may malfunction.
なお、内燃機関が稼働している場合には、車外へ排気ガスが排出され続けられるため、排気管内に水が流入する可能性は低い。しかし、内燃機関が停止している場合や、水の水圧が大きかったり水の水面に水面波が生じたりしている場合には、排気管内に水が流入する可能性は高い。 Note that when the internal combustion engine is in operation, the exhaust gas continues to be discharged outside the vehicle, so the possibility of water flowing into the exhaust pipe is low. However, when the internal combustion engine is stopped, when the water pressure is high, or when water waves are generated on the surface of the water, there is a high possibility that water will flow into the exhaust pipe.
本開示の目的は、排気管内に水が流入することに起因する故障の発生を防止することが可能な排気管構造および車両を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide an exhaust pipe structure and a vehicle that can prevent failures caused by water flowing into the exhaust pipe.
本開示に係る排気管構造は、
車両に搭載される内燃機関から排出された排気ガスを浄化する後処理装置の下流側に設けられ、前記後処理装置により浄化された排気ガスの流路を内部に有する管状本体を備え、前記管状本体が、前記車両の高さ方向において上に凸となるように湾曲して形成された湾曲部を有する排気管と、
前記管状本体の下流側に接続され、前記排気ガスを前記車両の外に排出するテールパイプと、
を備え、
前記管状本体と前記テールパイプとの間には、前記テールパイプの下流側開口部から前記テールパイプ内に流入してきた液体を外に逃がすとともに、前記車両の走行中に前記テールパイプ内に外気を導入する隙間部が設けられており、
前記隙間部は、
前記テールパイプの上流側開口部の内周面の外径が前記管状本体の下流側開口部の内周面の外径よりも大きいことによって形成されており、
前記管状本体の下流側開口部の全外周面と前記テールパイプの上流側開口部の全内周面との間に形成されている。
The exhaust pipe structure according to the present disclosure is
provided downstream of an after-treatment device for purifying exhaust gas emitted from an internal combustion engine mounted on a vehicle, comprising a tubular body having a flow path for exhaust gas purified by the after-treatment device inside the tubular body; an exhaust pipe having a curved portion formed by curving a body so as to be convex upward in the height direction of the vehicle ;
a tail pipe connected to the downstream side of the tubular body for discharging the exhaust gas to the outside of the vehicle;
with
Between the tubular body and the tail pipe, the liquid that has flowed into the tail pipe from the downstream opening of the tail pipe is released to the outside , and outside air is introduced into the tail pipe while the vehicle is running. There is a gap for introduction ,
The gap is
The outer diameter of the inner peripheral surface of the upstream opening of the tail pipe is larger than the outer diameter of the inner peripheral surface of the downstream opening of the tubular body,
It is formed between the entire outer peripheral surface of the downstream opening of the tubular body and the entire inner peripheral surface of the upstream opening of the tail pipe .
本開示に係る車両は、
上記排気管構造を備える。
A vehicle according to the present disclosure includes:
It has the exhaust pipe structure described above.
本開示によれば、排気管内に水が流入することに起因する故障の発生を防止することができる。 According to the present disclosure, it is possible to prevent failures caused by water flowing into the exhaust pipe.
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態における車両1の構成を示す図である。図1に示すように、トラックやバス等の車両1には、内燃機関10と排気系20とが搭載されている。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a
まず、内燃機関10の構成について説明する。内燃機関10は、例えばディーゼルエンジンである。内燃機関10の燃焼室11において、燃料噴射インジェクタ13は、燃焼室11内に燃料を噴射する。なお、燃料噴射インジェクタ13は、燃焼室11の吸気ポートに燃料を噴射しても良い。燃料噴射インジェクタ13による燃料の噴射は、図示しないECM(Engine Control Module)により制御される。また、燃焼室11内の燃料は、ピストン19の動作により圧縮されて燃焼する。
First, the configuration of the
吸気バルブ15および排気バルブ17は、開閉可能に構成される。吸気バルブ15が開くことで、吸気用配管50からの新気が燃焼室11に吸入される。また、排気バルブ17が開くことで、燃焼室11で燃料が燃焼して生じた排気ガスが排気系20(具体的には、排気管21)に送り出される。
The
次に、排気系20の構成について説明する。排気系20は、例えば車両1の下部に設けられ、主に金属製の排気管21を有する。この排気管21は、内燃機関10において燃料の燃焼により生じた排気ガスを大気中(車外)に導く。
Next, the configuration of the
また、排気管21の途中には、排気ガスを浄化(無害化)するために、様々な後処理装置が設けられている。本実施の形態では、後処理装置として、DOC(Diesel Oxidation Catalyst:酸化触媒)23Aと、DPF(Diesel Particulate Filter)23Bと、SCR(Selective Catalytic Reduction)23Cと、ASC(Ammonia Slip Catalyst)23Dとが設けられている。
In addition, various post-treatment devices are provided in the middle of the
DOC23Aは、金属製の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。DOC23Aは、排気ガスに含まれる炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)を分解除去する。また、DOC23Aは、排気ガスに含まれるNOxの大半を占める一酸化窒素(NO)を酸化して二酸化窒素(NO2)を生成する機能も有している。この機能を利用することで、SCR23CのNOx浄化効率を向上することが可能になる。
The
排気管21において、DOC23Aの上流側(具体的には、排気ガスの流れ方向における上流側)には、一時的に排気ガス中に未燃燃料を供給して、未燃燃料の炭化水素(HC)をDOC23Aで酸化させ、その酸化反応熱を利用して排気ガスを昇温する燃料供給部22(燃料供給インジェクタ)が配置されている。
In the
DPF23Bは、多孔質セラミック製のハニカムのチャンネル(セル)の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型のウオールフローフィルタから形成される。DPF23Bは、排気ガスに含まれる粒子状物質(PM)を捕集除去する。
The
排気管21において、DPF23Bよりも下流側(具体的には、排気ガスの流れ方向における下流側)であって、SCR23Cよりも上流側には、尿素水溶液を排気管21内へ噴射(具体的には、噴霧)するための尿素水インジェクタ24が設けられている。
In the
排気管21におけるSCR23Cの入口近傍には、排気ガスの温度を検出する温度センサー26が設けられている。温度センサー26の検出結果は、尿素水インジェクタ24による尿素水溶液の噴射制御等に用いられる。
A
SCR23Cは、例えば円柱形状を有し、セラミックで作製されたハニカム担体を有する。ハニカム壁面には、例えばゼオライトやバナジウム等の触媒が担持またはコーティングされる。 The SCR23C has, for example, a cylindrical honeycomb carrier made of ceramic. The honeycomb walls are supported or coated with a catalyst such as zeolite or vanadium.
上記のようなSCR23Cは、排気管21において、DPF23Bの下流側に配置される。また、排気管21においてDPF23BとSCR23Cとの間には、還元剤としての尿素水溶液が、尿素水インジェクタ24により噴射され、DPF23Bを通過した排気ガスに供給される。その結果、尿素水溶液がアンモニアに加水分解される。そして、アンモニアを含む排気ガスがSCR23Cを通過中、触媒の作用により窒素酸化物(いわゆるNOx)が窒素と水に反応する(還元反応)。これにより、排気ガス中の窒素酸化物が浄化される。
The
ここで、加水分解は、SCR23Cを通過する排気ガスの温度が所定温度(例えば、200℃)以上で起こる。したがって、本実施の形態では、尿素水インジェクタ24は、SCR23Cに流入する排気ガスの温度が200℃以上の場合に、尿素水溶液を排気管21内の排気ガスに供給する。なお、所定温度(200℃)は、排気系20の設計開発段階での実験・シミュレーション等により、アンモニアとNOxとの反応温度等を考慮しつつ適宜適切に定められる。
Here, hydrolysis occurs when the temperature of the exhaust gas passing through the
ASC23D(アンモニアスリップ触媒)は、後段酸化触媒であって、DOC23Aと同様の構成を有しており、排気管21においてSCR23Cの直ぐ下流に配置される。ASC23Dは、主として、SCR23Cにおいて還元反応に使用されずにスリップしてきたアンモニアが大気中に放出されないように、スリップしてきたアンモニアを酸化し除去する。それ以外にも、ASC23Dは、SCR23Cと同様の機能を有する場合もある。
The
排気管21におけるASC23Dの下流側には、ASC23Dを通過した排気ガスに含まれるNOxの濃度を検出するNOx濃度センサー27が設けられている。NOx濃度センサー27の検出結果は、尿素水インジェクタ24による尿素水溶液の噴射制御等に用いられる。
A
以上の各後処理装置で排気ガスを処理して生成される水、窒素、二酸化炭素は、下流側排気管29およびテールパイプ34(排気クーラーとも言う)を介して、大気中に排出される(図2を参照)。
Water, nitrogen, and carbon dioxide produced by treating the exhaust gas in each of the above post-treatment devices are discharged into the atmosphere through the downstream
図2は、下流側排気管29(本開示の「排気管」に対応)とテールパイプ34とを備える排気管構造の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of an exhaust pipe structure including a downstream exhaust pipe 29 (corresponding to “exhaust pipe” in the present disclosure) and a
下流側排気管29は、車両1に搭載される内燃機関10から排出された排気ガスを浄化する後処理装置(DOC23A、DPF23B、SCR23C、ASC23D)の下流側に設けられ、後処理装置により浄化された排気ガスの流路を内部に有する管状本体30を備える。排気ガスの流れ方向に垂直な管状本体30の断面形状は、円形状である。
The
管状本体30の上流側開口部30Aは、NOx濃度センサー27を取り付けるNOx濃度センサー取り付け部28の下流側において、排気管21にフランジ接続されている。上流側開口部30Aは、管状本体30を後処理装置の下流側に接続する接続部として機能する。管状本体30の下流側開口部30Bは、接続具36を介して、テールパイプ34の上流側開口部34Aと接続されている(図3を参照)。図3は、管状本体30とテールパイプ34とが接続される近傍の断面図を示している。
The
管状本体30における上流側開口部30Aと下流側開口部30Bとの間には、車両1の高さ方向Hにおいて上に凸(具体的には、逆U字形状)となるように湾曲して形成された湾曲部32が設けられている。本実施の形態では、上流側開口部30A(接続部)により管状本体30が後処理装置の下流側に接続されるとき、湾曲部32は、流路の湾曲が高さ方向Hにおいて上に凸となるように配置される。また、車両1の高さ方向において、管状本体30のうち湾曲部32の内周面30Cの下端位置32A(最上方)は、管状本体30の下流側開口部30Bの上端位置30B1より所定距離h1(例えば、60mm)だけ高い。
Between the
テールパイプ34は、管状本体30の下流側に接続され、内燃機関10から排出され、排気管21および管状本体30の流路を流通してきた排気ガスを下流側開口部34Bから車両1の外に排出する。排気ガスの流れ方向に垂直なテールパイプ34の断面形状は、円形状である。
The
図3に示すように、管状本体30とテールパイプ34との間には、隙間部40A,40Bが設けられている。本実施の形態では、隙間部40A,40Bは、テールパイプ34の上流側開口部34Aの径と管状本体30の下流側開口部30Bの径との違いにより生じる。テールパイプ34の上流側開口部34Aの径d2(内周面34Cの外径)は、管状本体30の下流側開口部30Bの径d1(内周面30Cの外径)より大きい。
As shown in FIG. 3,
隙間部40A,40Bのうち隙間部40Aは、車両1の高さ方向Hにおいて、管状本体30の外周面30Dよりも下方に設けられ、テールパイプ34の下流側開口部34Bからテールパイプ34内の流路に流入してきた液体(例えば、水)を外に逃がす隙間部として機能する。
The
なお、隙間部40A,40Bは、車両1の走行中にテールパイプ34内に外気(空気)を導入し、テールパイプ34から排出される排気ガスの温度を下げることによって、高温の排気ガスによる周囲への悪影響を低減する導入口としても機能する。
The
以上詳しく説明したように、本実施の形態では、下流側排気管29は、車両1に搭載される内燃機関10から排出された排気ガスを浄化する後処理装置の下流側に設けられ、後処理装置により浄化された排気ガスの流路を内部に有する管状本体30を備える。管状本体30は、車両1の高さ方向において上に凸となるように湾曲して形成された湾曲部32を有する。このように構成した本実施の形態によれば、水深の深い水溜まりや川へ車両1が進入した場合に、管状本体30の下流側開口部30Bから管状本体30内に例えば水(液体)が流入しても、湾曲部32の上流側に水が浸入することを防止することができる。そのため、管状本体30の上流側に設けられる各種センサー(温度センサー26,NOx濃度センサー27)や後処理装置が被水して、当該各種センサーや後処理装置の触媒が故障してしまうことを防止することができる。
As described above in detail, in the present embodiment, the
さらに言えば、本実施の形態では、車両1の高さ方向において上に凸となるように湾曲して形成された湾曲部32を設けた、すなわち排気ガスが流通する流路を一旦上方へ上げてから下方へ下げている。これにより、後処理装置の下流側において排気管が水平方向に延ばして設けられ従来と比べて、管状本体30の下流側開口部30Bの位置を高い位置に設けることができる。そのため、従来と比べて、管状本体30の下流側開口部30Bから管状本体30内に水が流入することを抑制することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
また、本実施の形態では、管状本体30とテールパイプ34との間には、テールパイプ34の下流側開口部34Bからテールパイプ34内に流入してきた液体を外に逃がす隙間部40Aが設けられている。この構成により、水深の深い水溜まりや川へ車両1が進入した場合に、テールパイプ34の下流側開口部34Bからテールパイプ34内に例えば水(液体)が流入しても、管状本体30側への水の浸入量を減らすことができる。
In the present embodiment, a
なお、上記実施の形態では、管状本体30の下流側にテールパイプ34が接続される例について説明したが、本開示はこれに限らない。例えば、管状本体30の下流側にテールパイプ34が接続されなくても良い。ただし、管状本体30の上流側に設けられる各種センサーや後処理装置が被水することを効果的に防止する観点からは、管状本体30の下流側にテールパイプ34が接続されることが望ましい。
In the above embodiment, an example in which the
また、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 Moreover, the above-described embodiments are merely examples of specific implementations of the present disclosure, and the technical scope of the present disclosure should not be construed to be limited by these. That is, the present disclosure can be embodied in various forms without departing from its spirit or key features.
本開示は、排気管内に水が流入することに起因する故障の発生を防止することが可能な排気管構造および車両として有用である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure is useful as an exhaust pipe structure and vehicle capable of preventing failures caused by water flowing into the exhaust pipe.
1 車両
10 内燃機関
11 燃焼室
13 燃料噴射インジェクタ
15 吸気バルブ
17 排気バルブ
19 ピストン
20 排気系
21 排気管
22 燃料供給部
23A DOC
23B DPF
23C SCR
23D ASC
24 尿素水インジェクタ
26 温度センサー
27 NOx濃度センサー
28 NOx濃度センサー取り付け部
29 下流側排気管
30 管状本体
30A 上流側開口部
30B 下流側開口部
30B1 上端位置
30C 内周面
30D 外周面
32 湾曲部
32A 下端位置
34 テールパイプ
34A 上流側開口部
34B 下流側開口部
34C 内周面
36 接続具
40A,40B 隙間部
50 吸気用配管
23B DPF
23C SCR
23D ASC
24
Claims (2)
前記管状本体の下流側に接続され、前記排気ガスを前記車両の外に排出するテールパイプと、
を備え、
前記管状本体と前記テールパイプとの間には、前記テールパイプの下流側開口部から前記テールパイプ内に流入してきた液体を外に逃がすとともに、前記車両の走行中に前記テールパイプ内に外気を導入する隙間部が設けられており、
前記隙間部は、
前記テールパイプの上流側開口部の内周面の外径が前記管状本体の下流側開口部の内周面の外径よりも大きいことによって形成されており、
前記管状本体の下流側開口部の全外周面と前記テールパイプの上流側開口部の全内周面との間に形成されている、
排気管構造。 provided downstream of an after-treatment device for purifying exhaust gas emitted from an internal combustion engine mounted on a vehicle, comprising a tubular body having a flow path for exhaust gas purified by the after-treatment device inside the tubular body; an exhaust pipe having a curved portion formed by curving a body so as to be convex upward in the height direction of the vehicle ;
a tail pipe connected to the downstream side of the tubular body for discharging the exhaust gas to the outside of the vehicle;
with
Between the tubular body and the tail pipe, the liquid that has flowed into the tail pipe from the downstream opening of the tail pipe is released to the outside , and outside air is introduced into the tail pipe while the vehicle is running. There is a gap for introduction ,
The gap is
The outer diameter of the inner peripheral surface of the upstream opening of the tail pipe is larger than the outer diameter of the inner peripheral surface of the downstream opening of the tubular body,
formed between the entire outer peripheral surface of the downstream opening of the tubular body and the entire inner peripheral surface of the upstream opening of the tail pipe,
Exhaust pipe structure.
車両。 Equipped with the exhaust pipe structure according to claim 1 ,
vehicle.
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